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“Half & Half”压电驱动算法可抑制过冲和振铃
接线图
2024年11月08日 18:38 25
admin
压电执行器（弯曲器、堆栈、芯片等）是在毫秒和更快的时间尺度上生成和控制微米、纳米甚至原子级运动的优秀快速且精确的手段。不幸的是，它们也是出色的高 Q 谐振器。图 1显示了如果您急于移动压电元件并简单地用一个单位步击打它，您会遇到什么情况。结果：大量（接近 100%）超调，并伴有长时间的后续振铃。
不用担心。它会到达那里。最终。但不要屏住呼吸。显然，如果我们对速度和稳定时间感兴趣，就必须采取一些措施来修改驱动波形。存在多种可能性，但图 2展示了一个非常简单但有效的技巧，该技巧实际上利用了压电的自然 2 倍超调：半步驱动。
图 2具有一半振幅和一半谐振周期的 Half&Half 驱动步消除了过冲和振铃。
令人惊讶的简单技巧是将驱动步骤分成初始步骤，其具有所需运动幅度的一半和恰好是压电谐振周期一半的持续时间。因此：“一半与一半”(H&H) 驱动器。然后，半步之后应用全步幅度，以将致动器保持在其新位置。
图 3三个任意 H&H 移动的示例：(T2 – T1) = (T4 – T3) = (T6 – T5) = ? 压电谐振周期。
如果用软件实现，H&H 算法本身就很简单，看起来像这样：
设 DAC = DAC 输出寄存器的当前内容
N = 产生所需压电运动所需的 DAC 新内容
步骤 1：替换 DAC = (DAC + N) / 2
步骤 2：等待一个压电谐振半周期
步骤 3：替换 DAC = N
完成
C1、R1、C2、R2||R3 分压器执行 H&H 算法的半幅分压功能，同时双极性比较器 U2 检测每个电压阶跃的前沿。步进检测会触发 U3a，它通过 TUNE 电位器进行调整，使其超时等于压电谐振周期的一半，从而为我们提供了另一“一半”。
U3a超时触发U3b，U3b导通U1，输出全步幅值，完成移动。使用较旧的金属栅极 CMOS 4066 是因为其具有卓越的低泄漏 Roff 规格，而所有四个内部开关的并联连接可产生足够低的 Ron。
U4 只是一个合适的压电驱动放大器的位置保持器，用于将 H&H 电路的 5V 逻辑转换为压电驱动电压和功率电平。
不用担心。它会到达那里。最终。但不要屏住呼吸。显然，如果我们对速度和稳定时间感兴趣，就必须采取一些措施来修改驱动波形。存在多种可能性，但图 2展示了一个非常简单但有效的技巧，该技巧实际上利用了压电的自然 2 倍超调：半步驱动。
图 2具有一半振幅和一半谐振周期的 Half&Half 驱动步消除了过冲和振铃。令人惊讶的简单技巧是将驱动步骤分成初始步骤，其具有所需运动幅度的一半和恰好是压电谐振周期一半的持续时间。因此：“一半与一半”(H&H) 驱动器。然后，半步之后应用全步幅度，以将致动器保持在其新位置。
H&H 的物理原理依赖于在第一个四分之一周期期间传递给执行器质量的动能，该动能刚好足以克服第二个季度期间执行器的弹性，这使执行器在半个周期结束时平稳停止。然后驱动电压逐步达到满值，使执行器保持在最终位置静止。
图 3三个任意 H&H 移动的示例：(T2 – T1) = (T4 – T3) = (T6 – T5) = ? 压电谐振周期。
如果用软件实现，H&H 算法本身就很简单，看起来像这样：
设 DAC = DAC 输出寄存器的当前内容
N = 产生所需压电运动所需的 DAC 新内容
步骤 1：替换 DAC = (DAC + N) / 2
步骤 2：等待一个压电谐振半周期
步骤 3：替换 DAC = N
完成
如果在模拟电路中实现，H&H 可能如图4所示。这是它的工作原理。
C1、R1、C2、R2||R3 分压器执行 H&H 算法的半幅分压功能，同时双极性比较器 U2 检测每个电压阶跃的前沿。步进检测会触发 U3a，它通过 TUNE 电位器进行调整，使其超时等于压电谐振周期的一半，从而为我们提供了另一“一半”。
U3a超时触发U3b，U3b导通U1，输出全步幅值，完成移动。使用较旧的金属栅极 CMOS 4066 是因为其具有卓越的低泄漏 Roff 规格，而所有四个内部开关的并联连接可产生足够低的 Ron。
U4 只是一个合适的压电驱动放大器的位置保持器，用于将 H&H 电路的 5V 逻辑转换为压电驱动电压和功率电平。
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